انواع التوربينات ومميزاتها
ما هي أنواع التوربينات
التوربينات هي أجهزة تحتوي على أجزاء متحركة يتم تشغيلها بواسطة سوائل أو غازات مثل البخار والهواء والغاز والماء. تحول التوربينات الطاقة الحركية لشيء ما إلى طاقة حركية خاصة تسمى طاقة الدوران، وتستخدم هذه الطاقة لتشغيل جميع أنواع الآلات. تعمل التوربينات على نقل الطاقة الميكانيكية إلى آلات أخرى من خلال دوران المحور المتحرك المعروف بالروتور.
تساعد التوربينات في تشغيل العديد من الآلات مثل مضخات المياه والمولدات الكهربائية، وجميع الكهرباء المستخدمة في الإضاءة في المنازل والأماكن الأخرى هي من مولدات تتحرك بواسطة التوربينات. ويوجد أنواع مختلفة من التوربينات، يتم استخدام كل نوع منها في عمل خاص به
- توربينات مائية.
- توربينات البخار.
- توربينات الغاز.
- توربينات الرياح .
توربينات مائية
يستخدم التوربينات المائية في محطات توليد الطاقة الكهرومائية حيث يعتبر الماء العامل الأساسي في عملية توليد الطاقة الكهرومائية، حيث يتم جمع كميات كبيرة جدا من الماء في السد، وكلما زادت كمية الماء زاد الضغط، وعندما يتم جمع كمية كافية يتم تدقيقها من خلال أنبوب ضخم يسمى “أنبوب بينستوك.
توجد التوربينات المائية في نهاية القلم (الأنبوب)، حيث يبدأ الماء المضغوط بضرب ريش التوربين المائي. وبسبب الضغط الكبير الذي يحصل عليه ريش التوربين، يبدأ بالدوران والعمل. ويتصل هذا التوربين المائي بمولد يولد الكهرباء والطاقة، وتعتمد السرعة والطاقة على تدفق وضغط الماء وشكل ريش التوربين.
للتوربينات المائية نوعين رئيسيان هما:
- توربين مائي من نوع الدافع: تستخدم التوربينات الدافعة لتحويل الطاقة الحركية للمياه إلى طاقة ميكانيكية يتم من خلالها توليد الكهرباء، وأحد أنواع هذه التوربينات هو توربين بتلون.
- توربين مائي لرد الفعل: تم تصميم جميع التوربينات بطريقة تجعلها قادرة على توليد الطاقة من جهة واحدة فقط، عندما يتدفق الماء من خلالها فقط.
مميزات التوربينات المائية
- باستخدام التوربينات المائية، يمكن لأي دولة أو منطقة توفير الكهرباء فقط من هذه المصادر الخاصة بها، دون الحاجة إلى استخدام مولدات دولية، وبتكلفة أقل.
- يتميز استخدام التوربينات المائية في توليد الطاقة الكهربائية بالأمان والتكلفة المنخفضة، وهذا ما يميزها عن باقي أنواع التوربينات.
- تتميز التوربينات المائية بتخزين الطاقة الكهربائية، والتي يتم الاعتماد عليها في حالات انقطاع التيار الكهربائي، ويعد هذا الأمر هو الميزة الأساسية التي تجعل معظم المناطق والدول تعتمد عليها.
التوربينات البخارية
تستخدم التوربينات البخارية في محطات توليد الطاقة الحرارية والنووية، حيث يتم تسخين المياه في التوربينات البخارية وإنتاج طاقة بخارية كبيرة تستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية. وتعد التوربينات البخارية من أهم أنواع التوربينات المستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية حول العالم .
تم ابتكار التوربينات البخارية عام 1884م من قبل السير تشارلز بارسونز، وعندما تم ابتكارها، حلت محل الآلات البخارية القديمة التي تعمل بالمكبس والتي كانت تسبب مشاكل وصعوبات في العمل. وتستخدم حوالي 80% من محطات توليد الكهرباء في جميع أنحاء العالم التوربينات، حيث تعد الأقوى من حيث الكفاءة والقوة.
مميزات التوربينات البخارية
- تتميز توربينات البخار بالموثوقية والسلامة العالية جدًا، وخصوصًا في الحالات التي يتطلب فيها إنتاج طاقة عالية مستدامة. وتتمتع توربينات البخار بحركة هزازة أقل بكثير عند العمل مقارنة بالمحركات الترددية الأخرى، وهذا يميزها عن غيرها من التوربينات والمحركات.
- تحتاج توربينات البخار إلى معدلات تدفق أقل بكثير من توربينات الغاز، وهذه هي الفارق الرئيسي بين التوربينات البخارية والتوربينات الغازية.
- تتميز التوربينات الغازية بنسبة عالية جدًا من الطاقة مقارنةً بالمحركات التقليدية الأخرى، بينما تتميز التوربينات البخارية بكفاءة عالية جدًا من ناحية الطاقة الحرارية.
توربينات الغاز
تُعرف توربينات الغاز بأنها محركات احتراق داخلية، وهي ليست مستخدمة فقط في توليد الطاقة الكهربائية مثل باقي التوربينات، بل تستخدم أيضًا في دفع الطائرات والمروحيات. وتحتوي توربينات الغاز على نظام كامل يتكون من ضاغط محوري في المدخل.
يشتمل هذا النظام على عدة شفرات دوارة قادرة على امتصاص كميات كبيرة من الهواء وضغطه، مما يزيد درجة حرارته. ثم يتم توجيه الهواء المضغوط إلى غرفة الاحتراق، حيث يتم إضافة الوقود إلى الغرفة، ثم يتم إشعال الوقود بواسطة جهاز الإشعال في الغرفة.
ويتم من خلال هذه العملية إنتاج كميات كبيرة من غازات العادم، والتي تساعد على تدفق توربينات الغاز وتوليد الطاقة الكهربائية أو الحرارية.
مميزات توربينات الغاز
- من أهم ميزات توربينات الغاز من حيث التكلفة هي عدم المطالبة بتكاليف كبيرة جداً، وهذا يختلف عن باقي أنواع التوربينات الأخرى.
- ميزة توربينات الغاز الرئيسية هي قدرتها على التشغيل والإيقاف في فترة قصيرة جدا.
- تتطلب توربينات الغاز عاملين يحملان مؤهلات متوسطة في العمل والتشغيل، ويمكن تشغيلها لتغذية الطاقة في فترات الذروة فقط، ويمكن تشغيلها بشكل مستمر أيضًا، وتحتاج إلى عدد أقل من العمال.
- تحتاج توربينات الغاز فقط إلى وقت قصير للبدء عند التشغيل.
- تتميز التوربينات بعدم الحاجة إلى كميات كبيرة من الماء للتبريد، وهذا يميزها عن الأنواع الأخرى.
توربينات الرياح
تعتبر توربينات الرياح أجهزة تحويل طاقة الرياح إلى طاقة حركية منحنية، وتزود هذه التوربينات بمولد كهربائي لتشغيل الآلات الأخرى لإكمال عملها، مثل آلات طحن الحبوب أو آلات ضخ المياه.
بدأت التطورات في فكرة توربينات الرياح منذ فترة طويلة وصولا إلى الوقت الحاضر، وحاليا تم بدء تصنيع توربينات الهواء بتقنيات متقدمة وحديثة. تم استخدام توربينات عمودية وأفقية كبيرة، بالإضافة إلى توربينات صغيرة وكبيرة، ولكل توربينة وظيفتها الخاصة. على سبيل المثال، تعمل توربينات الرياح الصغيرة على شحن البطاريات، أو تخزين الطاقة الاحتياطية، أو مساعدة قوارب الشحن الصغيرة في الإبحار.
أما توربينات الرياح الكبيرة تستخدم في الأعمال الواسعة والتي أصبحت المصدر الأساسي في إنتاج الطاقة التي تخدم المباني التجارية. بالتوربينات الكبيرة يمكنها توليد 6 ميجاوات، لو قارنت بين توربينات الرياح الكبيرة والوقود الأحفوري فتوربينات الرياح هي الأكثر فائدة والأقل مشاكل، وكذلك تستطيع توفير طاقة كبيرة يمكنها أن تخدم عدة مدن في العالم.
أجزاء توربينات الرياح
- توربينات الرياح التي لها محور أفقي وتعرف بـ (HAWT).
- يُطلق على توربينات الرياح التي لديها محور رأسي اسم `سافونيوس فاوت`.
- توربينات الرياح التي تحتوي على محور رأسي من نوع مختلف وتسمى (توربينات Darrieus VAWT).
مميزات توربينات الرياح
- تعمل توربينات الرياح على تقليل مستوى ثاني أكسيد الكربون في الجو، وهذا يعني أن توربينات الرياح تحافظ على البيئة.
- طاقة توربينات الرياح لا تنتج أي ملوثات، بالمقارنة بالوقود الأحفوري والطاقة النووية وغيرها.
- توربينات الرياح غير مكلفة نهائيا.
- لا تتأثر توربينات الرياح بأسعار الوقود الأحفوري بأي شكل من الأشكال.
- تعمل توربينات الرياح دون الحاجة إلى حفر وتنقيب، ولا تحتاج إلى محطات توليد.
- تُعتبر توربينات الرياح مصدرًا للطاقة المتجددة في أي وقت لأنها لا تنضب.